CN100380570C - 包括具有点火天线的短电弧放电灯的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的短电弧放电灯(1)配有透明的灯室(10)，该灯室按气密方式密封，并有可电离的填充物。第一和第二电极(11a、11b)配置在灯室(10)中，分别与其相应的且延伸至灯室外部的电流导体(12a、12b)连接。点火天线(2)配置在灯室附近，该天线与另一电流导体(24)连接。点火天线包括天线盒(20)和另一电极(22)，该天线盒按气密方式密封并包括可电离填充物，另一电极(22)与另一电流导体(24)连接。这样可以利用点火天线上的较高的再点火电压实现更短的再点火时间，同时避免从点火天线(2)向灯室(10)的跳火。

Description

包括具有点火天线的短电弧放电灯的装置
本发明涉及包括短电弧放电灯和点火天线的装置，该短电弧放电灯包括透明的且有可电离填充物的气密灯室，同时在灯室中配置第一和第二电极，其中两个电极中的每一个都连接在与其相应的且延伸到灯室外部的电流导体上，连接到另一电流导体上的点火天线配置在灯室附近。
从US4053809中可知这种包括短电弧放电灯和点火天线的装置。以下称为灯的短电弧放电灯指其电极之间的距离小于灯室最大外径一半的放电灯。短放电电弧可使由灯产生的光适当成束。这种短放电电弧很适合例如投射灯或汽车前灯之类的灯。短电弧放电灯有填充物，在灯工作期间该填充物为几十巴数量级和以上的很大压力。事实上，仅仅在断路后该高压才逐渐下降，这难以短时间地使灯再点火。就该公知的灯而言，灯室有中心部分和在其两侧的任一侧上的颈状端部。在灯室旁边延伸金属导体，该金属导体被固定并按距中心部分一定的距离环绕一个端部。与金属导体连接的另一电流导体顺序连接在电极的一个电流导体上。该金属导体实现了使灯再点火所需时间的缩短，从而起到点火天线的作用。施加给点火天线的再点火电压越高，那么该再点火时间就越短。但是，由于当电压过高时会出现从点火天线向灯室的跳火，所以在点火天线上可允许的再点火电压受限。这种跳火会损害灯，使灯寿命大大缩短。
本发明的目的在于在开篇所述的这种装置中提供使再点火时间进一步降低和可避免从点火天线向灯室的跳火的装置。按照本发明，开篇所述的那种类型装置的特征在于，点火天线有带有可电离填充物的气密天线盒，并包括与另一电流导体连接的另一电极。当另一电流导体产生再点火电压时，另一电极使天线盒的可电离填充物出现电离。接着，天线盒的填充物变得具有导电性，从而该填充物在灯室中象金属导体那样产生电场。但是，令人惊异的是，按照本发明的装置，在点火天线上可以产生相当高的再点火电压，同时不会产生从点火天线向灯室的跳火。这使得再点火时间可进一步降低。
应该指出，在US5248918中披露了无电极HID灯，在该灯中，利用磁感应，在灯工作期间在灯室的可电离填充物中保持放电。由于没有电极，所以冷状态下的这种灯一般比有电极的普通灯难以点火。这种情况的一个重要原因是，在该状态下，在无电极灯灯室中缺少自由电子。为了改善这种无电极灯的点火，把包含可电离介质的管附加在灯室上。当无电极灯点火时，在该管的自由端上提供高电压。当短电弧放电灯在热条件下再点火时，本发明的措施特别有效。对于短电弧放电灯的热再点火来说，缺少自由电子也不再有任何影响。
此外，应该指出，在US3828214中披露了一种高压钠灯，该灯的灯室装在包含可电离填充物的外壳中。另一电极配置在外壳的内部。在这种灯的情况下，灯电极之间的距离远大于灯室的直径。当电压施加在灯上时，包围灯室的外壳中的填充物被电离。结果，灯室中的填充物被加热，使高压钠灯的点火电压降低。在该专利申请中，披露了将外壳中被电离的等离子体作为导电本体。在灯室附近的导电本体，例如导电带被用于高压钠灯，以缩短在点火时被桥接的距离。首先，在导电带和邻近电极之间的相当短的距离上出现容性放电。然后，灯室中的放电延伸至灯室中的电极之间。
本发明人已展示了本发明装置的实验研究，即再点火电压施加给点火天线后，在沿灯室壁的内表面的较长路径上首先出现初始放电。接着，这种初始放电转换为电极之间的电弧放电。
在短电弧放电灯中，在热条件下可电离填充物的浓度很高。这导致难以充分加速在灯室中出现的自由电子来实现放电。因此，当短电弧放电灯点火时灯室温度的上升实际上导致点火电压的增加。在本发明装置的优选实施例中，由于这个原因将灯室的加热配置在天线盒的外部。结果，基本避免了因天线盒中的放电导致的灯室的加热。
为了抵消光损失，天线盒最好由透明材料制成，例如诸如单晶金属氧化物，例如蓝宝石；多晶金属氧化物，例如透明的气密性氧化铝(DGA)、钇铝石榴石(YAG)或氧化钇(YOX)；或多晶的非氧化物材料，例如氮化铝(AlN)之类的陶瓷材料。玻璃，例如石英玻璃也适合作为透明材料，并有提供给点火天线形状(form)较大自由的优点。
按照本发明的装置，为了实现更短的再点火时间，在天线盒中产生的辐射的性质和强度并不特别重要。但是，在灯在冷条件下点火时，为了实现更短的点火时间，在没有外界光时，如果在激励条件下点火天线产生波长范围最好在190至260nm的紫外线辐射，那么更好。例如，点火天线有汞和氩的填充物。
另一电极可以装在天线盒中，并通过气密引线连接在另一电流导体上。但是，其中将另一电极固定在天线盒的外表面上的实施例更容易制造。因此，不需要气密引线连接。此外，由于这种情况下的天线盒的壁避免了在天线盒内部另一电极与填充物之间的任何化学反应，所以这增大了对另一电极材料的选择余地和对填充物成分的选择余地。
在点火天线上产生的点火电压例如为高频交流电压，但另一方面，可以是重复的脉动电压。
在优选实施例中，本发明的装置的特征还在于电压转换装置，在该装置中，将电流导体连接在电压转换装置的输入端上，并且在该装置中，将另一电流导体连接在其相应的电压转换装置的输出端上。由于该装置包括电压转换装置，所以该装置可以与电源连接，在灯点火时和灯的正常工作期间该电源仅需要供给较低的电压。因此，可以把具有较低成本的元件用于电源。电压转换装置例如被配置有围绕例如磁性材料磁芯的初级绕组和次级绕组的变压器。另一方面，可以将转换装置配置成螺旋线变压器。
最好由压电变压器形成电压转换装置。对于接近其谐振频率的频率来说，这种类型的变压器产生比相对于偏离谐振频率很多时的输出电压高得多的输出电压。最好在实施例中将变压器和灯连接在同一电源上，因为按这种方式，可以改变变压器输出端上的电压，同时在变压器输出端上的电压对灯电极上的电压没有明显的影响。
本发明装置的优选实施例的特征在于，灯室有较宽的中心部分和在其两侧的每一侧上的颈状端部，将电极配置在灯室的中心部分，电流导体分别通过相应的端部延伸，而点火天线的天线盒为在靠近中心部分处环绕一个端部的管。这种双边短电弧放电灯很容易按工业规模来制造。
由于电极之间的短距离，所以该短电弧放电灯很适合用于带有反射镜的装置中，例如，适合投射的目的。
该装置最好包括上述双边短电弧放电灯。这种装置的实用和紧凑的实施例的特征在于，反射镜是会聚反射镜，该会聚反射镜有光轴、光发射窗口和与该窗口相对的另一窗口，该另一窗口有环绕灯室的中心部分的反射镜，灯室的颈状部分沿光轴延伸，被点火天线环绕的端部通过该另一窗口向外延伸。
参照下述实施例，本发明的这些和其它方面将变得明显。
在附图中：
图1表示本发明的包括短电弧放电灯和点火天线的装置的第一实施例的纵向剖面图，该装置还包括反射镜和电压转换装置，
图2A是更详细地表示第一实施例的点火天线的纵向剖面图，
图2B表示沿图2A中II-II线剖切的点火天线，
图3更详细地表示图1所示装置的电压转换装置，
图4A更详细地表示本发明装置的第二实施例的点火天线，
图4B表示沿图4A中III-III线剖切的点火天线，
图5表示本发明的包括短电弧放电灯和点火天线的装置的第三实施例的纵向剖面图，该装置还包括反射镜和电压转换装置，和
图6更详细地表示图5所示装置的电压转换装置。
图1表示包括短电弧放电灯1和点火天线2的装置。短电弧放电灯包括透明的并有可电离填充物的气密灯室10。在这种情况下，填充物包含一种或多种稀有气体，这里为氩，在100兆巴的填充压力下，至少有0.2mg/mm3的汞和例如10-6-10-4μmol/mm3的一种或多种卤素Cl、Br、I，这里以溴化汞的形式。图1中的灯室由石英玻璃制成，但也可以是不同的陶瓷材料。在灯室10中，配置相互之间的距离为1mm的第一和第二电极11a、11b。灯室10的最宽外径D为9mm。电极之间的相互距离d在本实施例中小于灯室最宽外径D的一半。两个电极11a、11b中的一个与其本身延伸到灯室10外部的电流导体12a、12b连接。在灯室10附近，配置与另一电流导体24连接的点火天线2。
在图1所示的实施例中，短电弧放电灯的灯室10有较宽的中心部分10c，在其两侧有外径为6.1mm的颈状端部10a、10b。将电极11a、11b配置在灯室10的中心部分11c中，而电流导体12a、12b分别通过自身的端部10a、10b延伸。
在图2A和图2B中更详细地表示点火天线2。在这些图中，还用虚线表示灯室10的一部分10a、10c。点火天线2有气密天线盒20，该气密天线盒包含在100兆巴填充压力下由氩形成的可电离填充物。在另一实施例中，可电离的填充物还包括例如0.5mg的汞。点火天线2还有与另一电流导体24连接的另一电极22。在这种情况下，点火天线2有配置为钨引线的内部电极22。引线22通过钼制的带状引入元件23与钼制的另一电流导体24连接。在另一实施例中，没有钨引线，引入元件的自由端作为内部电极。这里，点火天线2的天线盒20是壁厚度为0.4mm的石英玻璃管。该管有长度为25mm和内径为1.6mm的较宽的第一部分21a，该第一部分沿颈状端部10a延伸。该管有围绕颈状端部10a的较窄的第二部分21b，该第二部分21b在中心部分10c附近其内径为0.6mm。在这种情况下，第二部分21b围绕端部10a弯曲360°。
在图示的实施例中，灯室10配置在点火天线20的外部。
图1所示的装置还有反射镜30。该反射镜是具有光轴31、光发射窗口32和与光发射窗口相对的另一窗口33的会聚反射镜30。在这种情况下，该反射镜是抛物面反射镜。反射镜30围绕在灯室10的中心部分10c的周围。一个端部10a通过反射镜30的另一窗口33向外延伸。
该装置还包括电压转换装置40。电流导体12a、12b分别与其相应的电压转换装置40的输入端41a、41b连接，而另一个电流导体24与电压转换装置的输出42连接。这里，将电压转换装置40配置成有围绕软磁性材料磁芯49的初级绕组47和次级绕组48的感应工作变压器(参见图3)。
考察作为供给点火天线上的再点火电压函数的本发明装置的再点火时间。对于非本发明的装置，也考察这种关系，对于该装置来说，点火天线配置为Fe70Cr25Al5(wt％)合金的固态导体。
在非本发明装置的情况下，当点火电压超过5kV时，就有从点火天线向灯室的跳火。实际上，对于非本发明的灯来说，这种跳火使灯难以实现比45秒更短的再点火时间。在按照本发明的装置、点火天线20上有8kV峰值的再点火电压和在电极之间有800V的点火电压的情况下，可实现30秒的再点火时间。而没有从点火天线20向灯室10的跳火。利用为绝缘的目的而提供的基于陶瓷材料的配套元件26，可避免从另一电流导体24向颈状部分10a的跳火。
与图1、图2A或图2B的元件对应的图4A、图4B中的元件被标以增加100的参考序号。这些图表示本发明装置的第二实施例中的点火天线102。其虚线部分表示短电弧放电灯101的灯室110的部分110a、110c。在本实施例中，点火天线102的天线盒120完全由其内径为0.6mm和壁厚度为0.45mm的石英玻璃管构成。其中，电极122固定在天线盒的外表面上。在这种情况下，将电极122设置成金属管122a，利用向内移动弹性销122a’将金属管122a紧固在天线盒120的直线部分121a的自由端121a’上。母线122a与天线盒120中的可电离填充物容性耦合。其中，自由端121a’被金属涂层122b覆盖，在本例中用铂覆盖，由此可获得更好的容性耦合。
图5表示本发明的包括短电弧放电灯和点火天线的装置的第三实施例。与图1中元件对应的元件被标以增加200的参考序号。在本实施例中，点火天线的天线盒220设置成陶瓷材料的直管，在本例中该陶瓷材料为氧化铝。天线盒220横向地配置在灯室210的端部210a上。其中，由压电变压器(图6中示意地示出)形成电压转换装置240。例如参照图1，按照上述专利申请WO98/15985中说明的那样配置压电变压器。在本例中，图6中的元件243、244、245、246、243’、244’和PEB分别对应于上述申请的1、2、3、EL1、1’、2’和PEB。
显然，在权利要求的范围内，可以有许多变更。例如，在本发明的包括短电弧放电灯和反射镜的装置的变形例中，将点火天线配置在转向光发射窗口的灯端部附近。在该变形例中，另一电流导体例如从天线盒径向延伸至反射镜，通过反射镜中的横向开口通向电压转换装置或另一高电压源。

Claims (10)

1.一种包括短电弧放电灯(1)和点火天线(2)的装置，该短电弧放电灯包括透明的且有可电离填充物的气密灯室(10)，同时在灯室中配置第一和第二电极(11a、11b)，该两个电极中每一个连接在其自身延伸到灯室外部的电流导体(12a、12b)上，连接到另一电流导体(24)上的点火天线配置在灯室附近，其特征在于，点火天线(2)包括其内包含可电离填充物的气密天线盒(20)，并包括与另一个供给电流导体(24)连接的电极(22)。
2.如权利要求1的装置，其特征在于，灯室(10)配置在天线盒(20)的外部。
3.如权利要求1或2的装置，其特征在于，由透明材料制成天线盒(20)。
4.如权利要求1或2的装置，其特征在于，在激励状态下点火天线(2)产生紫外线辐射。
5.如权利要求1或2的装置，其特征在于，另一电极(122)固定在天线盒(120)的外表面上。
6.如权利要求1或2的装置，其特征在于，通过电压转换装置(40)，电流导体(12a、12b)分别与电压转换装置的相应的输入端(41a、41b)连接，并且另一电流导体(24)与电压转换装置的输出端(42)连接。
7.如权利要求6的装置，其特征在于，由压电变压器形成电压转换装置(240)。
8.如权利要求1或2的装置，其特征在于，灯室(10)有较宽的中心部分(10c)和在其两侧的每一侧上，具有配置在灯室的中心部分的电极(11a、11b)的颈状端部(10a、10b)，电流导体(12a、12b)分别通过各自的端部延伸，点火天线(2)的天线盒(20)是靠近中心部分环绕一个端部(10a)的管。
9.如权利要求1或2的装置(1)，其特征在于，有反射镜(30)。
10.如权利要求9的装置，其特征在于，反射镜(30)是会聚反射镜(30)，包括光轴(31)，光发射窗口(32)和与此相对的另一窗口(33)，从而该反射镜环绕灯室(10)的中心部分(10c)，灯室的颈状部分(10a、10b)沿光轴延伸，被点火天线(2)的天线盒(20)天线(2)的天线盒(20)环绕的端部(10a)通过另一窗口向外延伸。
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